OQPSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)(共15頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)目錄目錄精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)一、實(shí)驗(yàn)要求及開(kāi)發(fā)環(huán)境一、實(shí)驗(yàn)要求及開(kāi)發(fā)環(huán)境實(shí)驗(yàn)要求：1. 數(shù)字相關(guān)器子系統(tǒng) 2. 仿真結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解 PSK 直序擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本原理 2.掌握 Systemview 的使用開(kāi)發(fā)環(huán)境：PC 機(jī) 開(kāi)發(fā)軟件：SystemviewSystemview 簡(jiǎn)介 Systemview 是一個(gè)用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析平臺(tái)。從濾波器設(shè)計(jì)、信號(hào)處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。直到一般系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立等各個(gè)領(lǐng)域，systemview 在友好且功能齊全的窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個(gè)精密的

2、嵌入式分析工具。 利用 systemview，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)和各種多速率系統(tǒng)可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。其特色是，利用它可以從各種不同角度、以不同方式，拉要求設(shè)計(jì)多種濾波器，并可自動(dòng)完成濾波器的各種指標(biāo)一如幅頻待件(波特圖)、傳遞函數(shù)、根軌跡圖等之間的轉(zhuǎn)換。它還可以實(shí)時(shí)地仿真各種位真的 DSP 結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行各種系統(tǒng)的時(shí)域和頻域分析、諾、譜分析，以及對(duì)各種邏輯電路、射精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)頻模擬電路(混領(lǐng)器、放大器、RLC 電路、運(yùn)放電路等)進(jìn)行理論分析和失真分析等。二二.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理2.1調(diào)制方式簡(jiǎn)介調(diào)制方式簡(jiǎn)介 在通信原理中

3、把通信信號(hào)按調(diào)制方式可分為調(diào)頻、和三種。數(shù)字傳輸?shù)某Ｓ谜{(diào)制方式主要分為：正交調(diào)制（QAM）：調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比高，適合有線電視電纜傳輸。鍵控移相調(diào)制（QPSK）：調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比低，適合。（VSB）：抗好（即消除重影效果好） ，適合地面廣播。編碼正交頻分調(diào)制（COFDM）：抗多徑傳播效應(yīng)和同頻干擾好，適合地面廣播和同頻網(wǎng)廣播。世廣數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的下行載波的采用 TDM QPSK 調(diào)制體制。它比編碼正交（COFDM）調(diào)制技術(shù)更適合衛(wèi)星的大面積覆蓋。通信的最終目的是在一定的距離內(nèi)傳遞信息。雖然基帶數(shù)字信號(hào)可以在傳輸距離相對(duì)較近的情況下直接傳送，但如果要遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，

4、特別是在無(wú)線或光纖信道上傳輸時(shí)，則必須經(jīng)過(guò)調(diào)制將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。為了使數(shù)字信號(hào)在有限的高頻信道中傳輸，必須對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行載波調(diào)制。如同傳輸模擬信號(hào)時(shí)一樣，傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)也有三種基本的調(diào)制方式：幅移鍵控(ASK)、(FSK)和相移鍵控(PSK)。它們分別對(duì)應(yīng)于用載波（正弦波）的幅度、頻率和相位來(lái)傳遞，可以看成是模擬和的特殊情況。理論上，數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制在本質(zhì)上沒(méi)有什么不同，它們都是屬正弦波調(diào)制。但是，數(shù)字調(diào)制是調(diào)制信號(hào)為數(shù)字型的正弦波調(diào)制，而模擬調(diào)制則是調(diào)制信號(hào)為連續(xù)型的正弦波調(diào)制。在數(shù)字通信的三種調(diào)制方式（ASK、FSK、PSK)中，就頻帶利用率和抗噪聲性能（或功率利用

5、率）兩個(gè)方面來(lái)看，一般而言，都是 PSK 系統(tǒng)最佳。所以PSK 在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。OQPSK 是 PSK 調(diào)制方式中的一種。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)解調(diào)是的逆過(guò)程。調(diào)制方式不同，解調(diào)方法也不一樣。與調(diào)制的分類(lèi)相對(duì)應(yīng)，解調(diào)可分為正弦波解調(diào)（有時(shí)也稱(chēng)為連續(xù)波解調(diào)）和脈沖波解調(diào)。正弦波解調(diào)還可再分為幅度解調(diào)、頻率解調(diào)和相位解調(diào)，此外還有一些變種如單邊帶信號(hào)解調(diào)、殘留邊帶信號(hào)解調(diào)等。同樣，脈沖波解調(diào)也可分為脈沖幅度解調(diào)、脈沖相位解調(diào)、脈沖寬度解調(diào)和脈沖編碼解調(diào)等。對(duì)于多重調(diào)制需要配以多重解調(diào)。2.2 OQPSK的含義的含義OQPSK 也稱(chēng)為偏移四相相移鍵控（off

6、set-QPSK），是 QPSK 的改進(jìn)型。它與 QPSK 有同樣的相位關(guān)系，也是把輸入碼流分成兩路，然后進(jìn)行正交調(diào)制。不同點(diǎn)在于它將同相和正交兩支路的碼流在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)了半個(gè)碼元周期。由于兩支路碼元半周期的偏移，每次只有一路可能發(fā)生極性翻轉(zhuǎn)，不會(huì)發(fā)生兩支路碼元極性同時(shí)翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。因此，OQPSK 信號(hào)相位只能跳變 0、90，不會(huì)出現(xiàn) 180的相位跳變。OQPSK 信號(hào)可采用正交相干解調(diào)方式解調(diào)，其原理如圖 5-49 所示。由圖看出，它與 QPSK 信號(hào)的解調(diào)原理基本相同，其差別僅在于對(duì) Q 支路信號(hào)抽樣判決時(shí)間比 I 支路延遲了/2，這是因?yàn)樵谡{(diào)制時(shí) Q 支路信號(hào)在時(shí)間上偏移了/2，所以抽樣判

7、決時(shí)刻也應(yīng)偏移/2，以保證對(duì)兩支路交錯(cuò)抽樣。OQPSK 克服了 QPSK 的 l80的相位跳變，信號(hào)通過(guò) BPF 后包絡(luò)起伏小，性能得到了改善，因此受到了廣泛重視。但是，當(dāng)碼元轉(zhuǎn)換時(shí)，相位變化不連續(xù)，存在 90的相位跳變，因而高頻滾降慢，頻帶仍然較寬。QPSK 數(shù)據(jù)碼元對(duì)應(yīng)的相位變化如圖 1-1 所示，OQPSK 數(shù)據(jù)碼元對(duì)應(yīng)相位變化如圖 1-2 所示。I I信信道道Q Q信信道道11110Q Q信信道道11110(1,1)(1,1)(1,1)(1,1)(1,1)(1,1)(1,1)(1,1)I I信信道道精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)圖 1-1 QPSK 相位變化圖 圖 1-2

8、OQPSK 相位變化圖 對(duì)于 QPSK 數(shù)據(jù)碼元對(duì) 的相位變換由圖 1-1 求得為：可見(jiàn)，在 QPSK 中存在過(guò)零點(diǎn)的 180躍變。 對(duì)于 OQPSK 數(shù)據(jù)碼元對(duì)的相位變化由圖 1-2 求得為：可見(jiàn)，在 OQPSK 中，僅存在小于90的相位躍變，而不存在過(guò)零點(diǎn)躍變。所以 OQPSK 信號(hào)的帶限不會(huì)導(dǎo)致信號(hào)包絡(luò)經(jīng)過(guò)零點(diǎn)。OQPSK 包絡(luò)的變化小多了，因此對(duì) OQPSK 的硬限幅或非線性放大不會(huì)再生出嚴(yán)重的頻帶擴(kuò)展，OQPSK 即使再非線性放大后仍能保持其帶限的性質(zhì)。OQPSK 的調(diào)制和相干解調(diào)框圖如圖 1-3、圖 1-4 所示 圖 1-3 OQPSK 調(diào)制器框圖(1,-1)(-1,1)(1,1)

9、(1,-1)(1,-1)(-1,1)()4()34()4()4()34()422碼元對(duì)相位及相位變化：(1,-1)(1,1)(-1,1)(1,1)(1,1)(-1,-1)()4碼元對(duì)相位及相位變化：(1,-1)(1,-1)(-1,1)(1,1)(-1,-1)()4()342()34()4()4()34()34()4()4()4002222222串串并并變變換換電電平平產(chǎn)產(chǎn)生生電電平平產(chǎn)產(chǎn)生生載載波波發(fā)發(fā)生生器器移移相相90二二進(jìn)進(jìn)制制信信息息OQPSK信信號(hào)號(hào)I(t)Q(t)延延時(shí)時(shí)Ts/2cosAtsinAt并并串串變變換換載載波波發(fā)發(fā)生生器器移移相相9 90 0o o二二進(jìn)進(jìn)制制信信息息O

10、 OQ QP PS SK K信信號(hào)號(hào)整整形形判判決決整整形形判判決決位位定定時(shí)時(shí)恢恢復(fù)復(fù)延延時(shí)時(shí)T Ts s/ /2 2精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè) 圖 1-4 OQPSK 相干解調(diào)器框圖當(dāng)采用同步解調(diào)或相干檢測(cè)時(shí)，接收端需要提供一個(gè)與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個(gè)相干載波的獲取就稱(chēng)為載波提取，或稱(chēng)為載波同步。提取載波的方法一般分為兩類(lèi)：一類(lèi)是在發(fā)送有用信號(hào)的同時(shí)，在適當(dāng)?shù)念l率位置上，插入一個(gè)（或多個(gè)）稱(chēng)作導(dǎo)頻的正弦波，接收端就由導(dǎo)頻提取出載波，這類(lèi)方法稱(chēng)為插入導(dǎo)頻法；另一類(lèi)是不專(zhuān)門(mén)發(fā)送導(dǎo)頻，而在接收端直接從發(fā)送信號(hào)中提取載波，這類(lèi)方法稱(chēng)為直接法。2.3Costas環(huán)環(huán)C

11、ostas 環(huán)用來(lái)提取同步載波，又稱(chēng)為同相正交環(huán)，其原理框圖如下：輸入已調(diào)信號(hào)90相移壓控振蕩器環(huán)路濾波器低通低通輸出V3V5V4V6 V3 V7V1V2在科斯塔斯環(huán)中，誤差信號(hào) V7 是由低通濾波器及兩路相乘提供的。壓控振蕩器輸出信號(hào)直接供給一路相乘器，供給另一路的則是壓控振蕩器輸出經(jīng) 90移相后的信號(hào)。兩路相乘器的輸出均包含有調(diào)制信號(hào)，兩者相乘以后可以消除調(diào)制信號(hào)的影響，經(jīng)環(huán)路濾波器得到僅與壓控振蕩器輸出和理想載波之間相位差有關(guān)的控制電壓，從而準(zhǔn)確地對(duì)壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)整，恢復(fù)出原始的載波信號(hào)。現(xiàn)在從理論上對(duì)科斯塔斯環(huán)的工作過(guò)程加以說(shuō)明。設(shè)輸入調(diào)制信號(hào)為，ttmcos)(則精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情

12、為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè))2cos()cos(21)cos(cos)(3ttmtttmVccc)2sin()sin(21)sin(cos)(4ttmtttmVccc經(jīng)低通濾波器后的輸出分別為： cos)(215tmV sin)(216tmV 將和在相乘器中相乘得到5V6V=7V5V6V2sin)(812tm其中 是壓控振蕩器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)載波之間的相位誤差，當(dāng) 較小時(shí)7V)(412tm上式中的大小與相位誤差 成正比，它就相當(dāng)于一個(gè)鑒相器的輸出。用去調(diào)整壓控7V7V振蕩器輸出信號(hào)的相位，最后使穩(wěn)定相位誤差減小到很小的數(shù)值。這樣壓控振蕩器的輸出就是所需提取的載波。在 systemview 上的

13、仿真如下：1.在 systemview 器件庫(kù)中可以直接調(diào)出一個(gè) Costas 環(huán)仿真圖符，只需設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)即可。該器件圖標(biāo)如左圖示。參數(shù)設(shè)置窗口如下：在“VCO Freq” 欄輸入鎖相環(huán)的壓控振蕩器頻率，一般設(shè)置為與要提取載波頻率非常接近的值“Mod Gain”為鎖相環(huán) VCO 的頻率調(diào)制增益，另外還需在“Loop Fltr a/b”欄輸入鎖相環(huán)低通濾波器的傳輸函數(shù)的兩個(gè)系數(shù)。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)三三.實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)仿真仿真3.1Costas環(huán)單獨(dú)仿真環(huán)單獨(dú)仿真下面通過(guò)連接器件來(lái)進(jìn)行仿真模擬 Costas 環(huán)。其中 PN 碼發(fā)生（圖符 17）頻率為 10Hz，調(diào)制載波（圖符

14、 16）為 200HzIQ 兩路低通濾波器（圖符 7 和 5）頻率設(shè)置為 100Hz。環(huán)路濾波（圖符 9）頻率設(shè)置為180Hz。增益（圖符 11）為 4，增益(圖符 4)為 2。Fm 頻率調(diào)制器件（圖符 3）參數(shù)設(shè)置為，VCO 調(diào)制增益為 20Hz/V頻率在 194Hz 至 206Hz 之間均可以解調(diào)出來(lái)原始信號(hào)。相位與調(diào)制信號(hào)相同均為 0。其功能函數(shù)為通過(guò)調(diào)整增益 G 的大小來(lái)改變頻率范圍，)(2sin()(ttcstartdxGtfAty當(dāng)超過(guò)這一頻率范圍則不能恢復(fù)出原始信號(hào)。當(dāng) Fm 頻率為 203Hz 時(shí)仿真波形如下：原始信號(hào)為通過(guò)解調(diào)后波形為精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)

15、信號(hào)基本被恢復(fù)出來(lái)。若用 Pm 器件進(jìn)行解調(diào)，使頻率與調(diào)制載波相同，而相位不同。其功能函數(shù)為)(2sin()(tGxtfAtyc通過(guò)調(diào)整增益 G 的大小可以調(diào)整相位范圍，當(dāng)超過(guò)該相位范圍則不能解調(diào)出原始信號(hào)。這里不再做仿真。3.23.2 OQPSKOQPSK 調(diào)制解調(diào)仿真調(diào)制解調(diào)仿真OQPSK 調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)總框圖 該實(shí)驗(yàn)的仿真過(guò)程為用一路頻率為 10HZ 的 PN 序列作為輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換一路變兩路，然后分別用同一頻率但相互正交的載波對(duì)兩路信號(hào)分別進(jìn)行調(diào)制，變?yōu)槟M信號(hào)，調(diào)制后的信號(hào)通過(guò)一模擬的加性高斯白噪聲信道，然后用一科斯塔斯環(huán)進(jìn)行接收解調(diào)，對(duì)解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行抽樣判決再并串轉(zhuǎn)換之后

16、得到最終解調(diào)信號(hào)。另外還添加了器件對(duì)該系統(tǒng)的誤碼性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)3.2.1 科斯塔斯環(huán)科斯塔斯環(huán)如圖所示，科斯塔斯環(huán)的工作原理在前面已經(jīng)介紹過(guò)了，它主要是通過(guò)頻率調(diào)制器 Fm，即圖符 72，并不斷濾除載波中 2wc 的高頻部分，不斷循環(huán)，從而使解調(diào)時(shí)能與發(fā)射端的載波同頻同相，準(zhǔn)確解調(diào)的目的。這部分中器件參數(shù)設(shè)置如下： 圖符 72(頻率調(diào)制器 Fm)：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè) 圖符 59（增益）： 圖符 69、70、71、73、74（低通濾波器）：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)3.2.2 串并轉(zhuǎn)換和并串轉(zhuǎn)換串并轉(zhuǎn)換和并串轉(zhuǎn)換關(guān)

17、鍵點(diǎn)在于兩個(gè)方波脈沖頻率設(shè)置均為 5HZ，即串行數(shù)據(jù)的一半頻率。 3.2.3 誤碼率測(cè)試誤碼率測(cè)試該實(shí)驗(yàn)中影響誤碼率的關(guān)鍵因素為加性高斯噪聲的大小，當(dāng)噪聲取不同的值時(shí)對(duì)應(yīng)的誤碼率分別如下圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)Std deviation =1 V Std deviation =2 VStd deviation =3 V可見(jiàn)隨著噪聲的加大誤碼率明顯增大，并且當(dāng)噪聲增到到一定值時(shí)，信號(hào)完全被噪聲掩蓋，誤碼率達(dá)到極限不再增大。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè) 四四. .實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論結(jié)論如圖，解調(diào)結(jié)果和輸入的如圖，解調(diào)結(jié)果和輸入的 PNPN 序列相比波形幾乎完全一致，只是

18、產(chǎn)生了序列相比波形幾乎完全一致，只是產(chǎn)生了 0.4s0.4s 的的時(shí)延，說(shuō)明仿真成功。時(shí)延，說(shuō)明仿真成功。五五. .待解決問(wèn)題待解決問(wèn)題全局關(guān)聯(lián)變量的設(shè)置當(dāng)一個(gè)高斯噪聲信道的 RBE 測(cè)試模型設(shè)置基本完畢后, 并不能繪出完整正確的RBE/RSN 曲線, 還必須將噪聲增益控制與系統(tǒng)循環(huán)次數(shù)進(jìn)行全局變量關(guān)聯(lián), 使信道的信噪比(R SN ) 由 0 dB 開(kāi)始逐步加大, 即噪聲逐步減小, 噪聲每次減小的步長(zhǎng)與循環(huán)次數(shù)相關(guān)。然而具體設(shè)置過(guò)程中卻總是出現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤，從而無(wú)法完整繪制誤碼率曲線。六六.實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)總結(jié)總結(jié)這次實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容是實(shí)現(xiàn) OQPSK 的調(diào)制與解調(diào)，通過(guò)串并轉(zhuǎn)換，正交載波調(diào)制及載波恢復(fù)和

19、并串轉(zhuǎn)換，其中還引入了科斯塔斯環(huán)使解調(diào)載波和調(diào)制載波同頻同相從而正確解調(diào)出輸入信號(hào)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程較為簡(jiǎn)單，但是需要注意的細(xì)節(jié)也不少，通過(guò)自己認(rèn)真實(shí)踐還是可以學(xué)到不少東西的。在整個(gè)做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，我搜集了許多資料，也請(qǐng)教過(guò)同學(xué)。一開(kāi)始總是不能仿真出正確的結(jié)果，調(diào)整參數(shù)遇到許多問(wèn)題，最開(kāi)始甚至連一些原件的參數(shù)都搞不懂是起什么作用。通過(guò)不斷的摸索仿真，對(duì)仿真波形的觀察，逐步了解了每個(gè)元件的作用。這次試驗(yàn)讓我受益頗多，加深了自己對(duì)通信原理課程理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)程度和對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，學(xué)會(huì)了 Systemview 的操作。在驗(yàn)收時(shí)通過(guò)老師的講解，了解到了自己實(shí)驗(yàn)中不足的精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)地方，以及許多原理上的推導(dǎo)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)：1 善于查找資料同樣開(kāi)始做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，有一本好的指導(dǎo)書(shū)，就比別人起步要高，做實(shí)驗(yàn)也是事半功倍。有很多不會(huì)的，不懂的問(wèn)題都可以從書(shū)中找到答案，實(shí)在前任的基礎(chǔ)上前進(jìn)。在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中遇到的問(wèn)題都可以到網(wǎng)上或查閱資料找尋答案。在本次實(shí)驗(yàn)中，在網(wǎng)上找